Примечание: человеческий глаз, настроенный в темноте, может обнаружить один фотон!
Short: Около 5 пиколюменов на пиксель с лучшими коммерческими зеркальными фотокамерами, такими как Nikon D3s.
Long :-):
Минимальный обнаруживаемый источник света будет зависеть от камеры и от того, сколько области изображения занимает источник. Для лучшей обнаруживаемости источник будет «самым ярким», если вся его энергия поступит в одну пиксельную область. Изображение будет не очень интересным в большинстве случаев: -).
Но, чтобы попытаться дать очень приблизительный эмпирический ответ на вопрос:
По пути я сделаю различные предположения и в конце суммирую их, чтобы они могли быть скорректированы по желанию.
1 EV немного выше яркого лунного света и правильно выставляется при ISO 100 при f1 в течение 1 секунды.
1 EV = 1 люкс = 1 люмен на квадратный метр.
Я избегу соблазна прыгнуть в стерадиан и канделу и придерживаться более интуитивных эмпирических терминов :-).
Предположим, вы используете Nikon D3s с 12-мегапиксельным сенсором, который может почти видеть в темноте без фотонов.
При 100 000 ISO и выдержке в одну секунду при f1 при 1 EV и вычитании темного поля у вас могут возникнуть проблемы с определением того, подсвечен ли данный пиксель или нет, поскольку даже D3s становится несколько шумным. На уровне около 12800 ISO сомнений не будет.
Если вы установите для камеры значение 1 квадратный метр, то при освещении в 1 EV будет получено всего 1 люмен, поэтому датчик с разрешением 12 миллионов пикселей будет принимать ~ 1/12 000 000 тысяч люмен на пиксель.
Это при f1 и ISO 100 и 1 секунде экспозиции.
Увеличьте ISO до 12800, как указано выше, и вы снова сможете обнаружить на 1/12800 меньше света.
1/12 миллиона x 1/12800 ~ = 6,5 x 10 ^ -12 люмен = 6,5 пиколюма.
Я не думаю, что я видел использованный ранее picolumen: -)
Итак, если все:
Вы используете объектив f1
Ваша камера может получать изображения при ISO 12800 в течение одной секунды при 1 люкс или 1 EV и производить заметные изменения в данном пикселе
У вас 12-мегапиксельный сенсор
Тогда вы можете ОБНАРУЖИТЬ около 5 пиколюмов ** в одной пиксельной области.
Таким образом, Nikon D3S должен делать это относительно легко.
Более длительное время экспозиции приведет к повышению чувствительности, но со временем шум догонит даже D3s.
По всему 12-мегапиксельному сенсору он соответствует 78 микролюмам, что составляет 1/12800 тыс. Люменов, что неудивительно, поскольку это всего лишь обратное значение ISO при изображении квадратного метра при 1 люмен на квадратный метр.
Если вы изменяете отображаемую область, диафрагму, ISO, пиксели датчика, время экспозиции или возможности камеры, то ответ будет меняться соответственно.
Самое большое преимущество, которое вы можете получить с данным датчиком, - это крио охладить его.
Кроме того, существуют усовершенствованные датчики фотоумножения, которые убирают вопрос из области «нормальной фотографии». например, ПЗС с умножением электронов, ПЗС с передачей кадров, усиленная ПЗС, ...
Смотри также:
Википедия по астрофотографии
Добавлено:
Динамический диапазон датчика -
Было высказано предположение, что некоторые камеры превосходят D3 по способности обнаружения света на пиксель. Для камер, которые действительно могут делать реальные фотографии, D3s по-прежнему является королем низкого ISO. См. оценки DxOMark здесь .
Они объясняют свои рассуждения и методы на вышеуказанном сайте.
В пересчете на пиксель, по сравнению с целым изображением, ближайшие соперники на самом деле хуже, чем показано с помощью коэффициента square_root (Mp / 12), где Mp - рейтинг мегапикселей сравнительной камеры, а 12 = D3s 12 Mp. например, 36 Мп D800 хуже, чем показано коэффициентом sqrt (36/12) = 1,7 на пиксель.
Добавлено:
Для тех, у кого есть время и терпение пробираться по длинной нити, в этом обсуждении для пользователей DPReview обсуждается динамический диапазон датчика и ОЧЕНЬ больше связанных материалов. Есть несколько достаточно способных и влиятельных людей, которые довольно твердо бьют друг друга по голове, но в целом они, похоже, в целом согласны.
Максимальный динамический диапазон датчика - одна из их простых тем. Общепризнано, что коэффициенты усиления, вызванные сглаживанием, позволяют увеличить динамический диапазон до + 1,8 дБ, чем биты АЦП.
Обратите внимание, что вы можете получить больше снова, если датчик лучше, чем разрешение используемого АЦП, НО, если АЦП является более точным, чем его число битов, т.е. LSb = 1,0 или 1,00, а не просто 1. в реальной точности ИЛИ если АЦП стабилен в своих результатах, независимо от фактической точности. В таких случаях добавление управляемого шума проектных характеристик может позволить извлечь из АЦП больше битов, чем это условно имеет.
Вот примечание к заявлению NatSemi (теперь TI), которое хорошо освещает эту тему.
TI литературный номер: SNOA232. Здесь -> Повышение производительности аналого-цифрового преобразователя с помощью дизеринга
National Semiconductor Application Note 804, Леон Мелконян, февраль 1992
См. Рисунок 12, стр. 5, где добавление оптимального шума дизеринга позволяет восстановить амплитудный сигнал 1/4 LSB - эффективно добавляя 2 бита к АЦП !!!.